Альтернативы «электронным чернилам»

Сегодня абсолютно все специализированные устройства для чтения электронных книг содержат дисплеи типа e-ink («электронные чернила»), но им уже активно ищут замену. Количество альтернативных проектов давно превысило критическую массу, так что появления в продаже реальных ридеров на их основе наверняка не придется долго ждать. Самое время разобраться, что именно предлагают нам разработчики экранных технологий.

«Классика»

Экраны, выполненные по самой распространенной на сегодняшний день технологии «электронных чернил» производства E Ink (с 2009 г. принадлежит компании PVI), относятся к классу электрофоретических дисплеев (EPD – electrophoretic display). Они представляют собой массив капсул-пикселов, помещенных между управляющими электродами. Все капсулы наполнены прозрачной жидкостью, в которой находятся положительно заряженные белые и отрицательно заряженные черные микрочастицы. При подаче управляющего сигнала необходимой полярности в каждой из ячеек к верхнему прозрачному слою притягиваются белые или черные микрочастицы, формируя итоговое изображение. Пикселы могут быть не только черными и белыми, но и серыми – в современных моделях до 16 градаций.

Принцип действия экрана e-ink основан на перемещении заряженных окрашенных частиц в жидкости

Основное достоинство электронной бумаги в том, что изображение формируется в отраженном свете без применения тыльной подсветки. Именно такой характер картинки больше соответствует виду бумаги с напечатанным текстом, и его длительное чтение приводит к меньшему напряжению зрения, чем созданного на TFT-дисплее. Вторая важная особенность технологии заключается в том, что экран потребляет энергию лишь в момент обновления информации, после чего изображение может оставаться на экране без внешней подпитки, к тому же отпадает необходимость в питании «прожорливой» подсветки. Естественно, не обошлось в данной технологии и без недостатков, от которых и пытаются избавиться разработчики альтернативных решений. Первым и основным из них является слишком высокая инерционность обновления изображения (из-за длительного всплывания микрочастиц нужного цвета), делающая невозможным воспроизведение видео. Остальные особенности важны в меньшей степени, однако и они не способствуют популярности технологии – речь идет об отсутствии встроенной подсветки (критично для любителей почитать перед сном), не слишком высокой «белизне» фона (новое поколение E Ink VizPlex заметно продвинулось в данном вопросе) и, разумеется, в невозможности отображения цветной картинки. Кстати, компания E Ink планирует представить новое поколение «электронной бумаги», способное решить эту проблему уже в мае текущего года, однако точные данные о ее характеристиках пока недоступны.

Белое на черном

Дисплеи SiPix планируется выпускать только на гибкой подложке. Сверху – принцип действия экрана, внизу – схема технологического процесса его изготовления

Несмотря на столь серьезные недостатки электрофоретической технологии, в данном направлении по-прежнему продолжаются вестись разработки. Так, американская компания SiPix Imaging (основным инвестором которой является один из мировых лидеров в производстве дисплеев – тайваньская AU Optronics) предложила свой вариант «электронной бумаги», который минимально отличается от классической в плане реализации отображения – вместо черных и белых микрочастиц в прозрачной жидкости используются белые шарики в черной жидкости. Однако оригинальная технология изготовления и сотрудничество с располагающей весьма солидными мощностями AUO вполне могут отвоевать заметную часть рынка у технологии e-ink и компании PVI. В отличие от хрупкой стеклянной подложки, используемой в дисплеях разработки E Ink, электронная бумага SiPix производится на более стойкой к изгибам пластиковой основе по технологии roll-to-roll, при которой элементарные ячейки экрана получаются методом тиснения с помощью специальной цилиндрической пресс-формы. Затем ячейки заполняются жидкостью и микрочастицами, и в самом конце поверх них наносят сенсорный слой емкостного типа с высокой прозрачностью, оказывающий минимальное влияние на контрастность изображения. В итоге заготовка получается не в форме пластин, а в виде ленты, которую достаточно легко разрезать на дисплеи любого формфактора, включая крупные. Начало массового производства экранов по технологии SiPix запланировано на вторую половину 2010 г., и к этому сроку компания собирается довести основные характеристики (контрастность изображения, скорость обновления) до уровня продукции E Ink, однако в отличие от последней будет предлагать больший ассортимент формфакторов при меньшей стоимости. Эта технология имеет и «врожденный» недостаток – резкое снижение контрастности под острыми углами обзора, обусловленное тем, что при наклоне стенки кювет (пиксельных ячеек) начинают загораживать от наблюдателя черную жидкость, которая их заполняет. Пока бороться с этим недостатком предполагают за счет диагональной «нарезки» экранов, что, однако, приводит к другой проблеме – сложности управления расположенными таким образом ромбовидными пикселами.

Гибкий лист

Экраны типа Mirasol основаны на электромеханическом принципе действия

Также представляет интерес продукция Plastic Logic и Skiff, которые лицензировали технологию e-ink у одноименной компании, однако заменили в техпроцессе изготовления стекло стойкой к повреждениям и изгибам пластиковой основой. На базе подобных экранов планируется создавать тонкие, легкие и гибкие устройства для чтения с большой диагональю, которые по удобству восприятия информации будут соперничать с обычным газетным листом. Однако ридеры обоих производителей пока все же выполнены в формате моноблоков более привычных размеров. Интересно, что Plastic Logic занималась самостоятельными исследованиями в данной области на протяжении 10 лет и открыла собственное предприятие еще в сентябре 2008 г., однако первый коммерческий ридер QUE proReader с экраном 10,5" с разрешением 944×1264 точки ожидается в продаже только в апреле текущего года. Компания Skiff заключила договор на производство дисплеев для своего сверхтонкого 11,5-дюймового устройства с LG, которая решила дополнительно усилить пластиковую подложку металлической фольгой.

Жидкие электронные чернила

Основное внимание индустрии сейчас направлено на создание гибких экранов: на фото – Skiff

Технология компании Liquavista, получившая название «электросмачивания» (electrowetting), чем-то напоминает классические «электронные чернила» – для формирования изображения используется ячейка, заполненная водой, к которой подведены управляющие электроды. Однако в отличие от микрочастиц изменение цвета происходит с помощью окрашенного масла, которое благодаря высокой плотности не смешивается с водой. В обычном состоянии капля масла занимает минимальный объем на подложке из «гидрофобного» материала, окрашенного в белый цвет, однако при подаче управляющего напряжения силы поверхностного натяжения изменяются, заставляя масло буквально растечься, закрывая белую подложку и окрашивая ячейку в «свой» цвет. Триада из ячеек основных цветов позволяет легко формировать цветное изображение, однако важнейшим достоинством данной технологии является высокая скорость изменения состояния (единицы миллисекунд), которая дает возможность комфортно просматривать видео. Естественно, по энергопотреблению данная технология заметно проигрывает e-ink, однако по сравнению с приобретающими популярность MEMS-дисплеями экономия энергии превышает 50%.

Фаворит?

Одну из самых интересных из реально доступных для электронных устройств технологий под названием Mirasol разработала небезызвестная компания Qualcomm. Цветное изображение на таком дисплее формируется с помощью интерференции падающих и отраженных световых волн, для чего используется массив IMOD-ячеек (IMOD – Interferometric Modulator), каждая из которых представляет собой простейшую MEMS-систему (micro-electro-mechanical system). Такая ячейка состоит из двух проводящих элементов – тонкой пленки на стеклянной подложке и гибкой отражающей мембраны, между которыми есть зазор. В отсутствие приложенного напряжения пластины разделены воздушным промежутком, и падающий свет отражается от подложки с длиной волны, необходимой для формирования определенного цвета («открытое» состояние). При подаче управляющего сигнала гибкий слой притягивается к стеклянной подложке, поглощая падающий световой поток и формируя тем самым черный цвет («закрытое» состояние). Для поддержания каждого из граничных состояний не требуется дополнительного питания, а значит, основной расход энергии происходит лишь в момент обновления изображения. Очевидными достоинствами технологии Mirasol являются возможность вывода цветного изображения, высокая скорость обновления, позволяющая проигрывать видео, и минимальное энергопотребление в режиме чтения.

Подводя итоги, стоит отметить, что это далеко не все альтернативные технологии энергоэффективных дисплеев, которые теоретически могут использоваться в устройствах для чтения следующих поколений. Достаточно интересные наработки есть у компаний Pixel Qi, Bridgestone, Fujitsu и многих других, однако на сегодняшний день наиболее привлекательно выглядят крупные, дешевые и простые в производстве дисплеи SiPix, а также полноцветные и способные на воспроизведение видео экраны Mirasol.